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所谓虚拟存储技术，即在内存中保留一部分程序或数据，在外存（硬盘）中放置整个地址空间的副本。程序运行过程中可以随机访问内存中的数据或程序，但需要的程序或数据不在内存时，就将内存中部分内容根据情况写回外存，然后从外存调入所需程序或数据，实现作业内部的局部对换，从而允许程序的地址空间大于实际分配的存储区域。它在内存和外存之间建立了层次关系，使得程序能够像访问主存一样访问外存，主要用于解决计算机主存储器的容量不足的问题。其逻辑容量由主存和外存容量之和，以及CPU可寻址的范围来决定，其运行速度接近于主存速度，成本也较少。可见，虚拟存储技术是一种性能非常优越的存储器管理技术，故被广泛地应用于大、中、小型计算机和微型机中。
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虚拟存储器允许用户用比主存容量大得多的地址空间来编程，以运行比主存实际容量大得多的程序。用户编程所用的地址称为逻辑地址（又称虚地址），而实际的主存地址则称为物理地址（又称实地址）。每次访问内存时都要进行逻辑地址到物理地址的转换。实际上，超过主存实际容量的那些程序和数据是存放在辅助存储器中的，当使用时再由辅存调入。地址变换及主存和辅存间的信息动态调度是由硬件和操作系统两者配合完成的。
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虚拟存储器可以分为单一连续分区、固定分区、可变分区、可重定位分区、非请求分页式、请求分页式和段页式。
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（1）单一连续分区。把所有用户区都分配给唯一的用户作业，当作业被调度时，进程全部进入内存，一旦完成，所有主存恢复空闲，因此它不支持多道程序设计。
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（2）固定分区。这是支持多道程序设计的最简单的存储管理方法，它把主存划分成若干个固定的、大小不同的分区，每个分区能够装入一个作业，分区的大小是固定的，算法简单，但是容易生成较多的存储器碎片。
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（3）可变分区。引入可变分区后虽然主存分配更灵活，也提高了主存利用率，但是由于系统在不断的分配和回收中，必定会出现一些不连续的小的空闲区，尽管这些小的空闲区的总和超过某一个作业要求的空间，但是由于不连续而无法分配，因此产生了碎片。解决碎片的方法是拼接（或称紧凑），即向一个方向（例如向低地址端）移动已分配的作业，使那些零散的小空闲区在另一方向连成一片。分区的拼接技术，一方面要求能够对作业进行重定位，另一方面系统在拼接时要耗费较多的时间。
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（4）可重定位分区。这是克服固定分区碎片问题的一种存储分配方法，它能够把相邻的空闲存储空间合并成一个完整的空闲区，还能够整理存储器内各个作业的存储位置，以达到消除存储碎片和紧缩存储空间的目的。紧缩工作需要花费大量的时间和系统资源。
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（5）非请求分页式。非请求分页式将存储空间和作业的地址空间分成若干个等分部分。在分页时，要求把进程所需要的页面全部调入主存后作业方能运行，因此当内存可用空间小于作业所需的地址空间时，作业无法运行。它克服了分区存储管理中碎片多和紧缩处理时间长的缺点，支持多道程序设计，但不支持虚拟存储。
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（6）请求分页式。非请求分页式将存储空间和作业的地址空间分成若干个等分部分，当进程需要用到某个页面时将该页面调入主存，把那些暂时无关的页面留在主存外。它支持虚拟存储，克服了分区存储管理中碎片多和紧缩处理时间长的缺点，支持多道程序设计，但是它不能实现对最自然的以段为单位的共享与存储保护（因为程序通常是以段为单位划分的，所以以段为单位最自然）。
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（7）段页式。这是分段式和分页式结合的存储管理方法，充分利用了分段管理和分页管理的优点。作业按逻辑结构分段，段内分页，内存分块。作业只需部分页装入即可运行，所以支持虚拟存储，可实现动态连接和装配。
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程序局部性原理是指程序在执行时呈现出局部性规律，即在一段时间内，程序的执行仅限于程序的某一部分。相应地，执行所访问的存储空间也局限于某个内存区域。局部性又表现为时间局部性和空间局部性。时间局部性是指如果程序中的某条指令一旦执行，则不久以后该指令可能再次执行；如果某数据被访问，则不久以后该数据可能再次被访问。空间局部性是指一旦程序访问了某个存储单元，则不久之后，其附近的存储单元也将被访问。
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根据程序的局部性理论，Denning提出了工作集理论。工作集是指进程运行时被频繁访问的页面集合。显然只要使程序的工作集全部在内存（主存储器）当中，就可以大大减少进程的缺页次数；否则会使进程在运行中频繁出现缺页中断，从而出现频繁的页面调入／调出现象，造成系统性能下降，甚至出现“抖动”。
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